2018年6月全球基礎研究重點領域動態

1、生命健康領域

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美國學者開發新型DNA合成技術大幅提升基因合成效率

美國加州大學伯克利分校的研究人員開發出一種新型酶促脫氧核糖核酸（DNA）合成技術，可以實現對體外DNA合成的快速精確控制。傳統DNA合成技術生成序列長度有限，且隨著核苷酸鏈延長出錯率變高，後期小片段DNA連接還會導致合成周期較長。這種新型DNA合成技術仿照生物自身DNA複製路徑，利用末端脫氧核苷酸轉移酶（TdT），通過構建TdT-dNTP綴合物，在10到20秒內即可實現單一核苷酸延伸，並能夠準確迭代生成規定的DNA序列。

該技術不僅顯著提高了DNA合成速度，而且具備合成更長序列的能力，未來伴隨準確率的進一步提升，有望為合成生物學領域帶來革命性改變。相關研究6月18日發表在《自然-生物技術》上。（中科院上海生命科學信息中心 姚馳遠）

2、信息科技領域

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中國學者研製出高性能低功耗晶體管

減少功耗是當前集成電路發展的主要趨勢，其中最有效途徑即為降低工作電壓。北京大學信息科學技術學院張志勇教授、彭練矛教授率領的研究團隊研製出一種新型低功耗場效應晶體管，達到了國際半導體發展路線圖對相關器件實用化的標準要求，有望將集成電路工作電壓降到0.5伏甚至更低，為3納米技術節點提供解決方案。目前晶元製造行業對5納米技術節點已有非常清晰的路線圖，但對3納米工藝的開發仍有很多技術問題有待解決且耗資巨大。研究人員將具有特定摻雜的石墨烯作為「冷」電子源，碳納米管作為有源溝道，構建出狄拉克源場效應晶體管，降低了室溫條件下「亞閾值擺幅」這一參數的熱激發限制，而且還具有較好的可縮減性。

該晶體管的驅動電流與金屬氧化物半導體場效應晶體管相當，遠高於隧穿晶體管；其器件結構不依賴半導體材料，可用於傳統互補金屬氧化物半導體晶體管和二維材料場效應晶體管，具有普適性。相關研究6月14日發表在《科學》上。（中科院武漢文獻情報中心 萬勇）

3、空間科技領域

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美國「好奇」號發現火星沉積岩中存在多種有機物

美國國家宇航局（NASA）研製的「好奇」號（Curiosity）火星車對火星蓋爾隕坑中莫里山岩群的一處有30億年歷史的沉積岩進行原位研究之後發現，岩石在500℃~820℃度高溫分解產物中存在多種有機物，包括噻吩、苯、甲苯和小的碳鏈（如丙烷或丁烯），表明火星可能曾經存在生命。在接近3個火星年中（約6地球年），火星大氣中甲烷濃度存在周期性變化。蓋爾隕石坑內的低濃度甲烷在溫暖的夏季出現濃度峰值，而在冬季則濃度下降。

「好奇」號目前還不能確定上述有機分子的來源，但無論這些有機物是否是古代生命的印記或是生命所需的食物，又或者與生命存在無關，在火星上的有機物為行星條件和演化提供了化學線索，對未來探索火星表面和地下的任務有重要意義。相關研究6月8日以兩篇論文的形式發表在《科學》上。（中科院蘭州文獻情報中心/中科院科技戰略諮詢研究院 劉文浩 王海名）

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歐洲科學家新發現初步解決重子物質質量缺失問題

當前的理論認為，看不見的暗物質和暗能量分別構成了宇宙全部質量的25%和70%，剩下約5%可觀測到的物質為主要由重子構成的普通物質（構成了從星系、恆星到人類的所有事物）。但即使這5%的質量目前也未能找全，天文學家發現當前宇宙中重子（重子是由三個夸克組成的複合粒子，包括質子、中子等）數量大約只有100億年前宇宙中的重子數量的一半，而另一半重子似乎失蹤了，這是現代天體物理學中最大的謎團之一。

歐洲科學家利用「牛頓X射線多鏡面望遠鏡」（XMM-Newton）分別在2015年和2017年對一個距地球40億光年的遙遠類星體進行了累計為期18天的不同視角的觀測，發現了與類星體所在星系內的物質無關的氧原子譜線，這是由類星體光線穿過熱星際物質時產生的。這一發現證實了巨量的星際熱瀰漫物質的存在，重子物質質量缺口問題得到了初步回答。這一不尋常的發現是新探索的開始，未來還需要進一步確認這一發現的普遍性。相關研究6月20日發表在《自然》上。（中科院科技戰略諮詢研究院 王海名）

4、農業科技領域

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我國科學家發現不遵循孟德爾遺傳規律的水稻自私基因

孟德爾遺傳規律是1865年由奧地利遺傳學家孟德爾提出並催生了遺傳學誕生的著名定律，其指出位於基因組同一位置、控制同一性狀的一對等位基因會以1:1的比例隨配子遺傳給後代。但是有一些自私基因違反這一定律，可以使某些基因優先遺傳給後代。中國農科院、雲南農科院、南京農大等機構研究人員合作首次在水稻中發現了自私基因，並發現秈稻和粳稻雜種的不育現象受水稻自私基因位點的控制。

該位點包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1編碼一個未知功能的蛋白，ORF2是一個自私基因，編碼一個殺死配子的毒性蛋白，ORF3編碼一個解毒蛋白，對配子起保護作用。由於粳稻同時攜帶有毒性的ORF2和解毒的ORF3，而秈稻只含有無毒性的ORF2，因此，在兩者雜交後，粳稻中的毒基因產物會將秈稻的配子殺死，而自己的配子由於有ORF3保護會存活並遺傳給後代。

這一重大發現將為水稻雜交育種提供有力理論和技術支撐。針對自私基因進行基因編輯，刪除毒蛋白基因，同時選擇保留解毒基因，可以徹底解決秈粳雜交不育問題，大幅提高雜交水稻產量，因為秈粳稻雜交可比其他雜交稻進一步提高單產15%～30%。相關研究6月7日發表在《科學》上。（中科院科技戰略諮詢研究院 袁建霞）

5、能源科技領域

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日本開發新型塗布技術製造出全球最大面積鈣鈦礦電池

鈣鈦礦太陽電池的轉換效率在短短數年時間內便躍升到22.7%，其效率已超過多晶硅並逼近單晶硅，且具有成本低廉、工藝簡單等優點，成為近年來光伏研究領域的熱點。然而目前高效率鈣鈦礦太陽電池都局限於小面積（約0.1平方厘米），不利於大規模產業化生產。日本東芝公司研究人員開發了全新的彎月面塗布技術，從而製備出703平方厘米的全球最大面積的單元鈣鈦礦電池，穩態轉換效率達到11.7%，並通過了國際權威機構認證。

這是迄今全球單元模塊面積最大且效率最高的鈣鈦礦電池，為其走出實驗室邁向商業化奠定了堅實的技術基礎。研究團隊下一步將致力於更大尺寸（900平方厘米）薄膜製備工藝研究，同時通過對鈣鈦礦層材料的改良，進一步提升效率和穩定性，以儘快實現該電池技術的商業化，並最終在2030年實現7日元（約合0.42元人民幣）/千瓦時的光伏發電成本目標。相關研究6月18日公布在日本新能源產業技術綜合開發機構的網站上。（中科院武漢文獻情報中心 郭楷模）

6、地球科學領域

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南極冰蓋融化使全球海平面上升加速3倍

來自44個國際組織的84名科學家結合24項衛星觀測結果得到了迄今最完整的南極冰蓋變化圖景。研究結果表明，自1992年以來，南極冰蓋的融化使全球海平面上升了7.6毫米，其中40%的海平面上升（3.0毫米）發生在過去5年。在2012年之前，南極洲的冰以每年760億噸的穩定速度發生損失，對海平面上升造成每年0.2毫米的貢獻。但這一數字在2012年~2017年增長了3倍，即南極大陸每年損失2190億噸冰，對海平面上升的貢獻達到每年0.6毫米。南極大陸冰的損失是由西南極洲和南極半島的冰川損失加速和東南極洲冰蓋增長減少共同造成的。相關研究6月13日發表在《自然》上。（中科院蘭州文獻情報中心 劉燕飛）

7、基礎交叉前沿

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以色列科學家提出手性分子拆分新策略

藥物分子通常具有手性特徵，存在化學組成相同但在空間結構上互成鏡像的對映異構體，具備此特性的分子稱為手性分子。對映異構體之間可能存在相異甚至相反的藥理活性。因此，各國均要求手性藥物在上市前必須進行對映異構體拆分，並分別檢測其藥理活性。傳統的拆分方法主要依靠分子的空間構象效應，通用性較差。以色列魏茨曼科學研究所Koyel Banerjee-Ghosh和希伯來大學Oren Ben Dor等研究人員基於手性誘導的自旋選擇性原理，提出了基於電子自旋的新拆分策略。

實驗顯示，受自旋方向不同影響，手性分子在磁性表面的吸附速率有明顯差別，從而實現有效拆分。研究人員實驗驗證了該方法對多肽、DNA和小分子的有效性，並建立了理論模型。研究成果6月22日發表在《科學》上。（中科院科技戰略諮詢研究院 邊文越）

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俄羅斯科學家開發耐熱材料刷新世界最高熔點記錄

俄羅斯遠東國立大學網站6月1日報道，該校研究人員研製出熔點高於4200開爾文（3926.85℃）的超耐熱材料，刷新了世界最高熔點材料的記錄，比此前熔點最高的耐熱材料碳化鉭鉿（Ta4HfC5）的熔點高約200℃。該項研究由俄羅斯遠東國立大學核技術實驗室Alexey Zavialov和俄羅斯科學院遠東分院化學所副研究員Evgeny Papynov共同主持，採用脈衝等離子體燒結法在極端條件下合成碳化物和氮化鉿的混合物獲得的，可應用於熱核動力工程、航天、導彈和航空製造等領域。未來，研究人員還將繼續優化工藝流程，深入研究合成過程中的固相轉化機制。（中科院科技戰略諮詢研究院 范唯唯）

（中國科學院科技戰略諮詢研究院《全球基礎研究重點領域動態》編寫組）

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